Perangkat dan prinsip pengoperasian transformator

Untuk mengubah tegangan listrik satu besaran menjadi tegangan listrik besaran lain, yaitu untuk mengubah energi listrik, gunakan transformator listrik.

Transformator hanya dapat mengubah arus bolak-balik menjadi arus bolak-balik, oleh karena itu untuk memperoleh arus searah maka arus bolak-balik dari transformator tersebut disearahkan bila perlu. Untuk tujuan ini mereka melayani penyearah.

Dengan satu atau lain cara, setiap transformator (baik itu transformator tegangan, transformator arus, atau transformator pulsa) bekerja karena fenomena induksi elektromagnetik, yang memanifestasikan dirinya dalam segala kemegahannya justru dengan arus bolak-balik atau pulsa.

Perangkat transformator

Dalam bentuknya yang paling sederhana, transformator fase tunggal hanya terdiri dari tiga bagian utama: inti feromagnetik (sirkuit magnetik), serta belitan primer dan sekunder. Pada prinsipnya, transformator dapat memiliki lebih dari dua belitan, tetapi setidaknya dua belitan. Dalam beberapa kasus, fungsi belitan sekunder dapat dilakukan oleh bagian belitan belitan primer (lihat Gambar. jenis transformator), tetapi solusi semacam itu sangat jarang dibandingkan dengan yang biasa.

Bagian utama transformator adalah inti feromagnetik. Saat transformator beroperasi, medan magnet yang berubah berada di dalam inti feromagnetik. Sumber medan magnet yang berubah pada transformator adalah arus bolak-balik dari belitan primer.

Tegangan belitan sekunder transformator

Diketahui bahwa setiap arus listrik disertai dengan medan magnet; karenanya, arus bolak-balik disertai dengan medan magnet bolak-balik (berubah besar dan arah).

Jadi, dengan memasok arus bolak-balik ke belitan primer transformator, kita mendapatkan medan magnet yang berubah dari arus belitan primer. Jadi medan magnet terutama terkonsentrasi di inti transformator, inti ini terbuat dari bahan dengan permeabilitas magnet yang tinggi, ribuan kali lebih besar dari udara, sehingga bagian utama dari fluks magnet belitan primer akan menjadi tertutup tepat di dalam inti, bukan melalui udara.

Dengan demikian, medan magnet bolak-balik dari belitan primer terkonsentrasi pada volume inti trafo, yang terbuat dari baja trafo, ferit atau bahan lain yang sesuai, tergantung pada frekuensi operasi dan tujuan trafo tertentu.

Gulungan sekunder transformator terletak pada inti yang sama dengan belitan primernya. Oleh karena itu, medan magnet bolak-balik dari belitan primer juga menembus belitan belitan sekunder.

A fenomena induksi elektromagnetik itu hanya terletak pada fakta bahwa medan magnet yang berubah-ubah waktu menyebabkan medan listrik yang berubah di ruang sekitarnya. Dan karena ada kawat kumparan kedua di ruang ini di sekitar medan magnet yang berubah, medan listrik bolak-balik yang diinduksi bekerja pada pembawa muatan di dalam kawat ini.

Tindakan medan listrik ini menyebabkan EMF dengan setiap putaran kumparan sekunder. Akibatnya, tegangan listrik bolak-balik muncul di antara terminal belitan sekunder. Ketika belitan sekunder dari trafo yang terhubung tidak dibebani, trafo kosong.

Pengoperasian transformator di bawah beban

Jika beban tertentu dihubungkan ke belitan sekunder transformator operasi, arus muncul melalui beban di seluruh rangkaian sekunder transformator.

Arus ini menghasilkan medan magnetnya sendiri, yang menurut hukum Lenz, memiliki arah sedemikian rupa sehingga menentang "penyebab yang menyebabkannya". Ini berarti bahwa medan magnet arus belitan sekunder setiap saat cenderung mengurangi medan magnet belitan primer yang meningkat atau cenderung mendukung medan magnet belitan primer ketika berkurang, selalu mengarah ke medan magnet. bidang kumparan primer.

Jadi, ketika belitan sekunder transformator dibebani, GGL balik terjadi pada belitan primernya, memaksa belitan primer transformator untuk menarik lebih banyak arus dari jaringan suplai.

Faktor transformasi

Rasio belokan belitan N1 primer dan N2 sekunder transformator menentukan rasio antara input U1 dan tegangan output U2 dan arus input I1 dan output I2 ketika transformator beroperasi di bawah beban. Rasio ini disebut rasio transformasi transformator:

Faktor transformasi lebih besar dari satu jika transformator diturunkan dan kurang dari satu jika transformator dinaikkan.

Trafo tegangan

Trafo tegangan adalah jenis trafo step-down yang dirancang untuk mengisolasi sirkuit tegangan tinggi secara galvanis dari sirkuit tegangan rendah.

Biasanya, jika menyangkut tegangan tinggi, artinya 6 kilovolt atau lebih (pada belitan primer transformator tegangan), dan tegangan rendah berarti nilai sekitar 100 volt (pada belitan sekunder).

Trafo semacam itu digunakan, sebagai suatu peraturan, untuk keperluan pengukuran… Ini menurunkan, misalnya, tegangan tinggi saluran listrik ke tegangan rendah yang nyaman untuk pengukuran, sementara juga mampu mengisolasi sirkuit pengukuran, perlindungan, kontrol secara galvanis dari sirkuit tegangan tinggi. Jenis transformator ini biasanya beroperasi dalam mode siaga.

Pada dasarnya apapun bisa disebut trafo tegangan transformator dayadigunakan untuk mengubah energi listrik.

Transformator arus

Pada trafo arus, lilitan primer yang biasanya hanya terdiri dari satu lilitan dihubungkan secara seri dengan rangkaian sumber arus. Belokan ini mungkin merupakan bagian dari kabel rangkaian tempat arus perlu diukur.

Kabel hanya dilewatkan melalui jendela inti transformator dan menjadi putaran tunggal ini — putaran belitan primer. Belitan sekundernya, yang memiliki banyak belokan, dihubungkan ke alat pengukur yang memiliki resistansi internal rendah.

Transformator jenis ini digunakan untuk mengukur nilai arus bolak-balik dalam rangkaian daya. Di sini arus dan tegangan belitan sekunder sebanding dengan arus terukur dari belitan primer (rangkaian arus).

Trafo arus banyak digunakan dalam perangkat proteksi relai untuk sistem tenaga, oleh karena itu memiliki akurasi yang tinggi. Mereka membuat pengukuran aman, karena mereka secara galvanis mengisolasi sirkuit pengukur dari sirkuit utama (biasanya tegangan tinggi - puluhan dan ratusan kilovolt).

Transformator pulsa

Trafo ini dirancang untuk mengubah bentuk pulsa arus (tegangan). Pulsa pendek, biasanya persegi panjang, diterapkan pada belitan primernya membuat trafo bekerja secara praktis dalam kondisi transien.

Transformator semacam itu digunakan dalam konverter tegangan pulsa dan perangkat pulsa lainnya, serta dalam transformator pembeda.

Penggunaan trafo pulsa mengurangi berat dan biaya perangkat yang digunakan, hanya karena peningkatan frekuensi konversi (puluhan dan ratusan kilohertz) dibandingkan dengan trafo jaringan yang beroperasi pada frekuensi 50-60 Hz. Pulsa persegi panjang, yang waktu naiknya jauh lebih sedikit daripada durasi pulsa itu sendiri, biasanya ditransformasikan dengan distorsi rendah.